Captura i almagasenament de carbono

Captura i almagasenament de carbono

Esquema de la captura terrestre i geològica d'emissions de diòxit de carbono d'una planta elèctrica a carbó.

La captura i almagasenament de carbono (CAC o CCS, pel seu nom en anglés carbon capture and storage) és una tecnologia per a evitar les emissions de diòxit de carbono (CO₂) a l'atmòsfera o retirar-ho d'ella per mig de la captura directa de l'aire (DAC per les seues sigles en anglés). La CAC consistix en separar el CO₂ emés per l'indústria i la generació d'energia en els processos de combustió, i transportar-ho a un lloc d'almagasenament geològic per a aïllar-ho de l'atmòsfera a llarc determini, reduint aixina l'efecte hivernàcul i el calfament mundial provocats per l'excés de diòxit de carbono en l'atmòsfera.

El procés químic de captura de CO₂ és energèticament costós i, provablement, es produïx CO₂ durant el mateix. Este procés solament retarda la lliberació de el CO₂, que no es pot almagasenar indefinidament. No obstant, este CO₂ podria ser usat de formes múltiples.

Encara que s'ha injectat CO₂ en formacions geològiques per a diversos fins, l'almagasenament a llarc determini d'emissions de CO₂ és un concepte relativament nou. El primer eixemple comercial és Weyburn en 2000; en una planta pilot de producció d'energia en CAC integrada, operant des de setembre de 2008 en la central tèrmica de Schwarze Pumpe de Vattenfall, en l'est d'Alemània, en l'objectiu de respondre a preguntes sobre la viabilitat tecnològica i l'eficiència econòmica.

La CAC aplicada a una planta d'energia moderna convencional podria reduir les emissions de CO₂ a l'atmòsfera entre aproximadament el 80 i el 90 % comparada a una planta sense CAC. l'IPCC estima que l'economia potencial de CAC podria ser entre 10 % a 55 % del total de mitigació del carbono fins a 2100. Deu resaltar-se que les centrals elèctriques a les que es pot aplicar la CAC són les de carbó, biomassa, fuelóleo i gas natural, perque unes atres, com les centrals hidroelèctriques, les nuclears, les solars i les eòliques, no produïxen emissions. Pot ser més econòmic, en lloc d'aplicar CAC a una central de carbó, substituir-la per energies renovables.

La captura i compressió de CO₂ requerix molta energia i aumentaria les necessitats de combustible d'una central de carbó en CAC en un 25 %-40 % Estos i atres costs del sistema s'estima que aumentaran el cost de l'energia de les noves centrals elèctriques en CAC en un 21 a 91 %.

L'almagasenament de CO₂ es preveu que seria en formacions geològiques profundes, en les masses d'aigües profundes, o en forma de minerals carbonat. En el cas de l'almagasenament oceànic profunt, existix el risc d'aumentar enormement el problema de l'acidificació dels oceans, un problema que es deriva també de l'excés de diòxit de carbono present ya en l'atmòsfera i els oceans. Les formacions geològiques són considerades actualment els llocs més plausibles de seqüestre de carbono. En el seu Atles de Seqüestre de Carbono 2007, el Laboratori Nacional de Tecnologia de l'Energia (National Energy Technology Laboratory) va reportar que Norteamérica té suficient capacitat d'almagasenage per a 900 anys de producció de diòxit de carbono. Un problema general és que les prediccions a llarc determini sobre l'almagasenage segur submarí o subterràneu són molt difícils i insegures, i persistix el risc de que el CO₂ poguera fugar-se des de l'almagasenage a l'atmòsfera.

Quan s'aplica en les plantes que utilisen biomassa, el procés és conegut com bioenergia en captura i almagasenage de carbono. Açò té potencial per a ser utilisat com una tècnica d'emissions negatives (no s'emet, sino que s'absorbix), i és considerat per alguns com geoingeniería.

S'ha propost la biomassa com a método de captura del diòxit de carbono emés pel consum de combustibles fòssils. El procés és el següent:

• Es cultiven plantes de les que es puguen extraure biocombustibles. En créixer, les plantes absorbixen CO₂ de l'atmòsfera.
• Es cullen les plantes (el terreny a on han creixcut queda lliure) i s'extrau biocombustible.
• Es consumix eixe biocombustible, en lo que el CO₂ torna a l'atmòsfera.
• Es tornen a cultivar plantes en eixe terreny que ha quedat lliure, en lo que absorbixen de nou el CO₂.

Sembla ideal, pero en la pràctica el cultiu de biocombustibles emet un 16 % més de CO₂ que els combustibles fòssils als que substituïx.

Un atre element negatiu és la major demanda de terra per a cultivar biomassa en la que almagasenar CO₂. Un artícul de la revista Science calculava en 2009 que, si solament es gravaren les emissions dels combustibles fòssils (i no les dels biocombustibles), per a 2065 «tota la terra que no es necessita per a cultivar aliments i productes del bosc seria utilisada per a cultivar biocombustibles».

La CAC s'ha propost per a centrals elèctriques de combustibles fòssils i per a indústries que produïxen molt diòxit de carbono. No s'ha propost per a vehículs, perque la tecnologia de captura és voluminosa i pesada, lo que reduiria la seua autonomia. No obstant, en 2026 l'empresa automovilística japonesa Mazda ha provat en èxit un sistema de zeolitas que absorbix el CO₂ emés per un coche convencional i ho almagasena en un depòsit, per a una posterior descàrrega.

Captura de CO₂

Artícul principal → Extractor de diòxit de carbono.

La taula següent llista els principals òxits metàlics de la corfa terrestre. Teòricament el 22 % d'eixa massa mineral pot formar carbonats.

Òxit terrestre	% de Corfa	Carbonat	Canvie d'entalpia (kJ/mol)
SiO2	59.71
A el2O3	15,41
CaO	4,90	CaCO3	-179
MgO	4,36	MgCO3	-117
Na2O	3,55	Na2CO3
LLEIG	3,52	FeCO3
K2O	2,80	K2CO3
Fe2O3	2,63	FeCO3
	21,76	Tots els carbonat

Fugues

Vaca asfixiada per una fuga natural de CO₂ en 1986 del llac Nyos. Dita fuga va matar a 1.700 hab. i molt ganado.

Estimació de costs de l'energia en i sense CAC (2002 US$ per kWh)

	Cicle combinat de gas natural gas	Carbó polvorisat	Cicle combinat integrat en gasificació
Sense captura (planta ref.)	0,03 - 0,05	0,04 - 0,05	0,04 - 0,06
En captura i almagasenage geològic	0,04 - 0,08	0,06 - 0,10	0,06 - 0,09
(Cost de captura i almagasenage geològic)	0,01 - 0,03	0,02 - 0,05	0,02 - 0,03
En captura i recuperació millorada de petròleu	0,04 - 0,07	0,05 - 0,08	0,04 - 0,08
Costs referits als de l'energia de plantes noves i grans. Costs del cicle combinat a gas natural es basen em preus del gas natural de US$2,80–4,40 per GJ (LHV (lower heating value)). Costs d'energia per a PC i IGCC es basen en costs de carbó bituminoso de US$1–1,50 per GJ LHV (lower heating value). Tinga en conte que els costs depenen en gran mida dels preus del fuel (canviant contínuament), i adicionados atres factors com a costs del capital. També tinga en conte que per a EOR, els aforros són majors per a preus alts del combustible. Els preus corrents del gas i del petròleu són substancialment majors que les sifres usades ací. Totes les sifres en la taula són de la Taula 8.3a en [IPCC, 2005].

Efectes ambientals

El mèrit teòric dels sistemes CCS és la reducció d'emissions de CO₂ en més del 90 %, depenent del tipo de planta. Generalment, els efectes ambientals de l'us de el CCS sorgixen durant la producció d'energia, en captura, transport i almagasenage de CO₂. Els tòpics relacionats a l'almagasenage es discutixen en eixes seccions.

l'IPCC ha donat estimacions d'emissions d'aire de varis dissenys de plantes CAC (vore taula avall). Mentres el CO₂ dràsticament es reduïx (encara que mai és completament capturat), les emissions de contaminants de l'aire s'incrementen significativament, generalment per poques multes per la seua no captura. Per lo tant, l'us d'esta tecnologia implica una reducció en la calitat de l'aire.

Emissions a l'aire de plantes CAC (kg/(MW·h))

	Cicle combinat de gas natural	Carbó polvorisat	Cicle combinat integrat de gasificació
CO2	43 (−89 %)	107 (−87 %)	97 (−88 %)
NOX	0,11 (+22 %)	0,77 (+31 %)	0,1 (+11 %)
SOX	-	0,001 (−99.7 %)	0,33 (+17.9 %)
Amoni	0,002 (abans: 0)	0,23 (+2200 %)	-
Basat en Taula 3.5 en [IPCC, 2005]. Entre paréntesis l'increment o afluixó comparat a similar planta sense CAC.